JPH06253584A - センサレスブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 家電機器等の分野に使用されるブラシレスモ
ータにおいて、モータの回転および速度制御を行う際に
ロータの位置検出用センサ，回転数検出装置なしでブラ
シレスモータを駆動させることで、センサ等を有するた
めの環境上の使用制限および、モータのコストダウンを
行うことを目的とする。 【構成】 マイクロプロセッサより電気角３０度に相当
する励磁時間で励磁切り換えを行い、非通電期間に現れ
る誘起電圧波形と３値レベルと比較し、その結果に基づ
き励磁時間を補正することでロータの位相ずれをなく
し、同期回転させる。さらに、指令速度と平均化された
励磁時間とを比較し、パルス幅変調信号のデューティを
可変させ、指令速度に同期した回転数で安定して回転す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は家電機器等に用いられ、
負荷の種類がファン，ポンプのような位置検出用センサ
のないブラシレスモータを駆動する駆動装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】家電機器等の分野において、商品の長寿
命，高信頼性化が進み、それにともないブラシレスモー
タが使用されるようになってきている。またその駆動方
法についても、センサレス駆動する方法が数多く提案さ
れている。

【０００３】以下にセンサレス駆動の一方法について説
明する。図７に従来のセンサレスブラシレスモータの駆
動回路の概略ブロック図を示す。図中で使用するモータ
は２相全波駆動のものである。

【０００４】モータが回転している時は各コイルＬａ，
Ｌｂの両端には図８（ａ）の波形図に示すように９０度
位相差の正弦波状の誘起電圧Ｅａ，Ｅｂが発生する。こ
の誘起電圧Ｅａ，ＥｂはコイルＬａ，Ｌｂの両端に２入
力が接続されたコンパレータ２４，２５によってモータ
の中性点電圧において波形整形される。従って各コンパ
レータ２４，２５から図８（ｂ）に示すように誘起電圧
Ｅａ，Ｅｂと同じ周期，位相で９０度位相差のパルス信
号Ｓ１，Ｓ２が得られる。

【０００５】パルス信号Ｓ１，Ｓ２は遅延回路２３に供
給され、図８（ｃ）に示すように、Ｓ１，Ｓ２の立上が
り両エッヂから時間Ｔだけ立上がりが遅延された遅延ク
ロックＤＣＫが形成される。時間Ｔは電気角で４５度に
相当し、これにより回転位置センサなしでロータマグネ
ットの基準位置である磁極境界から４５度の位置を前縁
とする９０度幅の電気角を設定でき、図８（ｅ）にしめ
すタイミングでスイッチング回路２１をスイッチング
し、ブラシレスモータをセンサレス駆動している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、モータの通電切換えは遅延パルスＤＣＫを
基準に行われるため遅延回路を余分に設けなければなら
ず、また遅延パルスに時間の誤差が含まれていれば、適
切なタイミングで転流することができなくなる。

【０００７】本発明は遅延パルスを設けずに、適切なタ
イミングで転流することのできるセンサレス駆動できる
ブラシレスモータの駆動装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のセンサレスブラ
シレスモータの駆動装置は、通電開始状態からの起動手
段と、各コイルの励磁切換え時間を出力する手段と、モ
ータの印加電圧を３段階のレベルに分け、非通電期間に
現れる誘起電圧と、前記３値レベルを比較することでロ
ータの回転位置とコイル通電の位相ずれを検出し、位相
ずれをなくすよう励磁時間を補正する手段とを備えてい
る。

【０００９】さらに、パルス幅変調信号出力手段と誘起
電圧波形をパルス幅変調信号に同期して観測する手段と
を備えている。

【００１０】

【作用】本発明は上記した構成により、ロータの回転位
置センサなしでモータの回転速度に応じた励磁時間を作
り出し、最適な通電切換えを行うことができ、またモー
タの回転数検出装置なしで指令の回転速度に応じた回転
数で同期回転する性能の高いブラシレスモータを提供す
ることが出来る。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１２】図１に本発明のセンサレスブラシレスモー
タの駆動装置のブロック図を示す。図１において１はマ
イクロプロセッサで、各コイルの励磁切換え時間の決
定、各コイルの励磁切換信号Ｐ１〜Ｐ６の出力，誘起電
圧よりロータの位相情報Ｐ１０およびＰ１１を取り込
み、ロータの回転位置とコイル通電の位相差をなくすよ
う励磁時間を補正する。

【００１３】２は各コイルの励磁切換えを行うドライ
バ、３は３相結線されたブラシレスモータで、３相全波
駆動をおこなう。４はモータの３つの励磁コイルの中の
特定の１つの励磁コイルの誘起電圧レベルとモータの印
加電圧を３段階に分けた３値レベルとを比較する比較
器、５は比較器４の出力レベルを変換するレベル変換回
路である。速度制御を行う場合、マイクロプロセッサよ
りパルス幅変調信号Ｐ１２を出力する。その出力をもと
に、特定タイミングのみ誘起電圧を観測するための許可
回路６と、ＰＷＭ制御を行うかどうかを判定するゲート
回路８と、パルス幅変調信号に基づき励磁電圧を制御す
るゲート回路７を必要とする。

【００１４】図２は、本発明に使用することのできるマ
イクロプロセッサの内部構成図の一例である。レベル変
換回路の出力Ｐ１０，Ｐ１１さらには、速度指示指令Ｐ
１４が入力回路１０を介して９の中央演算装置（以下Ｃ
ＰＵと略す）に入る。ＣＰＵ９は１２のタイマ１，１４
のメモリとそれぞれ接続されている。速度制御を行う場
合はさらに１３のタイマ２が接続されている必要があ
る。１１は出力回路でＣＰＵの出力が２のドライバ、お
よびＰＷＭ制御用信号Ｐ１２，Ｐ１３を供給している。

【００１５】本発明の実施例の動作を説明すると、まず
モータの停止状態から３相の各相に強制的に通電を開始
する。この通電方式はいわゆる３相モータの全波駆動方
式と呼ばれているもので、モータ端子をそれぞれＵ，
Ｖ，ＷとするとＵ，Ｖ，Ｗの各相にＵ→Ｖ，Ｗ→Ｖ，Ｗ
→Ｕ，Ｖ→Ｕ，Ｖ→Ｗ，Ｕ→Ｗと順次通電を行う。この
ときロータはこの励磁に対応していわゆるオープンルー
プで同期回転する。

【００１６】始動時には、各励磁パターンの励磁時間は
モータが起動するのに十分遅い時間で通電し、徐々に励
磁時間を早めロータの回転速度を上げて行く、いわゆる
スローアップ駆動を行う。そして、このロータの回転速
度が充分な速度になると前記の誘起電圧が処理可能なレ
ベルとなる。

【００１７】図３は位相検出のタイミング図である。誘
起電圧が処理可能なレベルになると、図３に示すタイミ
ングで非通電期間の誘起電圧波形を観測し、ロータの位
相ずれをなくすよう励磁時間を補正する。

【００１８】通電は、１周期３６０度を３０度毎の１２
パターンに分解して励磁を行う。励磁時間を１２のタイ
マ１で設定し、時間毎に割り込みを発生させ励磁パター
ンを出力する。そうすると、１回目の割り込み時と７回
目の割り込み時は非通電期間となる。

【００１９】そこで、１回目の割り込みが発生した時、
励磁パターンを出力する前に誘起電圧を次の電圧レベル
と比較する。モータの印加電圧をＶｍとすると、Ｖｍを
３段階に分ける。すなわち、０〜ＶＴＬ，ＶＴＬ〜ＶＴ
Ｈ，ＶＴＨ〜Ｖｍの３値レベルに分ける。

【００２０】この３値レベルと誘起電圧を比較し、その
結果の組合わせでロータの位相ずれを検出することがで
きる。この様子を図４に示す。比較した結果をレベル変
換すると、位相情報信号Ｐ１０，Ｐ１１は０と１の組合
わせで検出することができる。位相ずれの検出能力は、
設定するＶＴＨ，ＶＴＬにより決定する。

【００２１】遅れもしくは進みと判断した場合、マイク
ロプロッセサが出力している励磁時間を補正する。補正
値は、現在の励磁時間に対してある一定の割合で励磁時
間を補正する。その後、補正された励磁時間でモータは
回転を行う。

【００２２】そして、さらに割り込みの１回目が発生す
る。割り込みの１回目が発生すると、励磁パターンを出
力する前に誘起電圧を前記の３値レベルと比較する。そ
の結果により励磁時間を補正し、位相ずれを小さくして
いく。

【００２３】さらに、負荷追従性をよくすためには割り
込みの１回目だけでなく、７回目の割り込み時にも同様
に非通電期間となるため、７回目の割り込み時にも誘起
電圧を観測し位相ずれを検出し、励磁時間を補正する。

【００２４】上述した流れを繰り返すことで、ブラシレ
スモータを同期回転させることが可能となる。

【００２５】次に、速度制御のためパルス幅変調信号を
出力すると、非通電期間に現れる誘起電圧がパルス幅変
調信号により影響を受け、ロータ位置の位相情報を正確
に判定できなくなる。

【００２６】この様子を図５に示す。図５（ａ)は速度
制御しない場合の非通電期間の誘起電圧、図５（ｂ）は
速度制御を行うためのパルス幅変調信号、図５（ｃ）は
速度制御を行った際の非通電期間に現れる誘起電圧を示
している。図５（ｃ）より非通電期間の誘起電圧がパル
ス幅変調信号の影響を受けている様子がわかる。従っ
て、この波形では位相情報が正確ではないことがわか
る。

【００２７】ここで、図５の（ｂ），（ｃ）波形に着目
する。パルス幅変調信号の立ち下がりに同期して誘起電
圧波形を観測すると、パルス幅変調信号の影響を受けず
に誘起電圧波形が観測可能であることがわかる。

【００２８】そこで、パルス幅変調信号の立ち下がりに
同期して、図１の許可回路６を用いて、誘起電圧を観測
することで、パルス幅変調信号に影響を受けない位相情
報を取り込むことができる。

【００２９】このように、パルス幅変調信号の立ち下が
りに同期して誘起電圧を観測することで、ロータの位置
センサなしで安定した回転が得られる。尚、そのときモ
ータの励磁電圧は、パルス幅変調信号のデューティで決
まる電圧が印加されている。

【００３０】次に、指令された回転数で同期回転する方
法について説明する。回転数の速度指示信号Ｐ１４がマ
イクロプロセッサに入力される。その時のモータの回転
数は、マイクロプロセッサより出力している励磁時間に
比例している。なぜなら、モータの励磁切り換えは全て
マイクロプロセッサが決定しており、安定した回転を保
持するために位相情報をもとにその励磁時間を補正して
いるからである。

【００３１】従って、モータの回転数を知るためには、
マイクロプロセッサが出力してる励磁時間を観測すれば
よい。そこで、速度指示値を電気角３０度に相当する時
間に変換し、変換した値と実速度、すなわちマイクロプ
ロセッサが出力している励磁時間とを比較する。比較し
た結果に基づいて、パルス幅変調信号のデューティを可
変させて、指令速度に同期した回転数でモータが回転す
る。

【００３２】ここで、指令速度と実回転速度を比較する
際に、割り込みの１回目に設定する励磁時間のうち、特
定の回数の励磁時間の平均値を実回転速度として比較す
る。

【００３３】またフェールセーフとして以下の処理を行
う。出力する励磁時間がモータの特性上、回転しない時
間を設定した時は前記のオープンループ駆動から始る再
スタート、またはモータ電源の遮断等の処理を行う。

【００３４】また、マイクロプロセッサより励磁時間お
よび励磁パターンを出力していることから、仮にモータ
がロックしたとしても、励磁パターンをその時点での励
磁時間に従ってマイクロプロセッサは出力し続け、位相
情報信号Ｐ１０，Ｐ１１を用いて励磁時間を補正するこ
とになる。

【００３５】すなわち、励磁は固定されることなく常に
マイクロプロセッサより、ある励磁時間に従った励磁パ
ターンを出力し続けるためロック電流は流れず、特別な
保護素子なしでスイッチング素子を保護することができ
る。

【００３６】励磁時間を補正し続け、最後には上述した
ようにモータの特性上、回転しない励磁時間を検出し、
オープンループ駆動から始る再スタート、またはモータ
電源の遮断等の処理を行い、スイッチング素子を保護す
ることができる。

【００３７】図２に示す構成のマイクロプロセッサを使
用した場合の実施例のフローチャートを図６にしめす。

【００３８】強制転流でモータを駆動させ誘起電圧が観
測可能になると、マイクロプロセッサが出力している励
磁時間毎に割り込みを発生させる。１回目の割り込みが
発生するとロータの位相情報を読み込み、その結果に基
づき励磁時間を補正する。補正された時間が適切かどう
か判断し、異常の場合はスタートにもどる。正常であれ
ば、割り込みに従って励磁パターンを出力し、１２回目
を出力したら、１回目の割り込みを待つ。

【００３９】なお、以上本発明を３相全波駆動型ブラシ
レスモータに適用した実施例を示したが、本発明は２相
以上の半波，全波駆動型のセンサレスブラシレスモータ
に適用することが可能である。

【００４０】また誘起電圧を測定する際に、ひとつの励
磁コイルの誘起電圧を測定したが、２，３個の励磁コイ
ルを用いても同様な効果が得られる。

【００４１】さらに、モータの転流タイミングの基準位
置をＷ相の誘起電圧波形が中性点電位とプラスからマイ
ナスにクロスする位置を基準に励磁切換えを行う実施例
を示したが、例えば３相ブラシレスモータであれば、
Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれかのコイルの誘起電圧が中性点電位
とクロスする位置のうち任意のひとつを基準に励磁切換
えを行っても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明は、マイクロプロセ
ッサから出力される電気角３０度に相当する励磁時間で
回転をしかつ、特定のタイミングで誘起電圧とモータ印
加電圧を３段階に分けた３値レベルと比較し、その結果
に基づいて位相ロック制御することで、ロータの回転位
置センサつきのブラシレスモータと同等な安定した動作
が得られる。

【００４３】さらに、指令速度と平均化された励磁時間
を比較し、その結果に基づきパルス幅変調信号のデュー
ティを可変させることで、指令速度に同期した回転を得
ることができ、回転数検出装置を用いたブラシレスモー
タを速度制御するのと同等な安定した回転を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における駆動回路のブロック
図

【図２】本発明の一実施例におけるマイクロプロセッサ
の内部構成図

【図３】本発明の一実施例における位相検出のタイミン
グ図

【図４】本発明の一実施例における位相検出の概念図

【図５】本発明の一実施例における速度制御時の誘起電
圧の処理方法を説明する図

【図６】フローチャート

【図７】従来のセンサレスブラシレスモータの駆動回路
のブロック図

【図８】従来のセンサレスブラシレスモータの駆動回路
の要部波形図

【符号の説明】

１ マイクロプロセッサ ２ ドライバ ３ ３相ブラシレスモータ ４ ３値レベル比較器 ５ レベル変換回路 ６ 速度制御時に用いる許可回路 ７ 励磁電圧制御用ＡＮＤゲート ８ パルス幅変調制御用ＯＲゲート ９ 中央演算装置（ＣＰＵ） １０ 入力回路 １１ 出力回路 １２ タイマ１ １３ タイマ２ １４ メモリ ２１ スイッチング回路 ２２ 駆動パルス発生ロジック ２３ 遅延回路 ２４ コンパレータ ２５ コンパレータ ２６ マイクロプロセッサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロプロセッサよりモータのドライバ
   へ出力される励磁信号により、モータを回転させる手段
   と、モータのコイル非通電期間に現れるコイルの誘起電
   圧によりロータの位相を観測する手段とを備えたセンサ
   レスブラシレスモータの駆動装置。
2. 【請求項２】モータ印加電圧は複数のレベルを備え、非
   通電期間に現れる誘起電圧と、前記複数のレベルとを比
   較し、励磁時間を補正することを特徴とする請求項１記
   載のセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
3. 【請求項３】モータコイル通電の励磁パターンを電気角
   ３０度毎の１２パターンに分解して励磁することを特徴
   とする請求項１記載のセンサレスブラシレスモータの駆
   動装置。
4. 【請求項４】モータ起動時は駆動装置を開ループで起動
   し、徐々に回転速度を上げ、励磁コイルの誘起電圧が検
   出可能となった後、コイルの通電とロータ位置の位相差
   をなくすようモータコイルの励磁時間を制御することを
   特徴とする請求項１記載のセンサレスブラシレスモータ
   の駆動装置。
5. 【請求項５】モータコイルの励磁電圧をパルス幅変調を
   行い回転数制御することを特徴とする請求項１記載のセ
   ンサレスブラシレスモータの駆動装置。